FR2684826A1

FR2684826A1 - Methode et dispositif pour corriger automatiquement les caracteristiques de lignes de transmission.

Info

Publication number: FR2684826A1
Application number: FR9115247A
Authority: FR
Inventors: Beauducel Claude
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1993-06-11
Anticipated expiration: 2011-12-06
Also published as: FR2684826B1

Abstract

- La méthode consiste essentiellement à configurer une chaîne de filtres passe-bande à placer en série avec une ligne de transmission à corriger, pour obtenir que les caractéristiques de la ligne corrigée soient sensiblement celle d'un filtre de référence, un filtre de Bessel par exemple. Dans un premier temps on amène la courbe de réponse en fréquence (BPL) de la ligne au-dessus d'une courbe gabarit ou entre deux courbes gabarit d'encadrement (BPG) par une sélection d'une combinaison particulière de filtres. Puis on effectue une ou plusieurs séquences automatiques de réglage de la fréquence de coupure basse des différents filtres choisis pour atteindre de proche en proche la caractéristique en fréquence (BPR) du filtre choisi. - Application à l'amélioration de lignes de transmission dont la longueur et/ou les caractéristiques sont susceptibles de varier d'une application à une autre, telles que par exemple celles employées pour transmettre des données sismiques recueillies dans des puits.

Description

L'invention a pour objet une méthode et un dispositif pour corriger automatiquement les caractéristiques de propagation de lignes de transmission existantes de façon à améliorer leurs caractéristiques de transmission.

La méthode et le dispositif sont particulièrement utiles dans tous les cas où l'on doit s'accommoder de lignes existantes aux performances limitées et obtenir d'elles néanmoins un débit amélioré.

Il peut s'agir par exemple de lignes de transmission d'un réseau fixe, à corriger avant toute transmission à débit plus élevé, pour les besoins d'une application particulière. Il peut s'agir aussi et plus fréquemment, de lignes mobiles mises en place pour effectuer une transmission temporaire, qu'il faut tester et corriger pour tenir compte des dispersions de fabrication parmi les câbles d'un même type ou bien encore de la longueur de câble qui est effectivement déployée à cet effet.

Une application possible de l'invention est par exemple
L'optimisation de câbles qui servent à relier à une installation de surface, des outils de puits tels que des sondes de mesure. Les mesures et/ou interventions dans des puits, sont généralement effectuées par des outils reliés à la surface par des câbles multi-fonctions qui supportent des tractions et incluent des lignes conductrices pour l'alimentation en énergie d'instruments de L'outil et pour transmettre des données le plus souvent numérisées et codées entre un ensemble de commande et d'enregistrement en surface et un appareil d'acquisition de données de mesure. Ces données sont par exemple des signaux reçus par un grand nombre de capteurs répartis dans une ou plusieurs sondes de puits, tels qu'on en trouve dans des applications sismiques par exemple.Un système permettant de collecter, de numériser, de coder et de transmettre des signaux, est décrit par exemple dans les brevets français FR 2 613 496 et
FR 2 616 230.

Par le brevet FR 2 613 159 du demandeur, on connait un procédé pour améliorer le débit de données pouvant transiter par un câble de puits d'un type courant à plusieurs lignes disposées en couronne autour d'une ligne centrale, ce procédé permettant d'atteindre des débits de transmission de plus de 200 kilobits/seconde (kb/s) sur des distances de plusieurs kilomètres.

Par la demande de brevet français EN 91/05375 déposée par le demandeur, on connaît un procédé pour optimiser le débit de transmission de signaux numérisés sur des lignes de transmission dans des câbles dits de logging par exemple, ce procédé comportant un élargissement vers les hautes fréquences de la bande passante limitée de chaque ligne employée par combinaison avec des circuits de correction particuliers. Ces filtres sont choisis pour que, en combinaison avec eux, la fonction de transfert des lignes soit sensiblement celle d'un certain type de filtre passe-bas au moins dans un certain intervalle de fréquence de part et d'autre d'une fréquence de coupure à 3 dB qui dépend du nombre de niveaux de codage des signaux et des paramètres d'amplification.Le filtre passe-bas choisi est par exemple un filtre du type Bessel et l'on peut obtenir sur un câble de puits classique des débits de transmission de plus de 1 Mbits/s sans augmenter le taux d'erreur de transmission.

Des débits de cet ordre sur un câble de logging ne sont bien sûr possibles que si l'on adapte parfaitement le filtre correcteur ajouté à chaque ligne en tenant compte de ses caractéristiques particulières. Les corrections à apporter dépendent de la longueur du câble qu'il a fallu dérouler pour relier l'outil de puits à l'installation de surface, et aussi des caractéristiques du câble lui-même qui varient d'un constructeur à un autre.

La méthode selon l'invention permet la correction automatique de lignes de transmission, de manière à accroître le débit de signaux transmissibles sur ces lignes sans augmentation d'un taux d'erreurs admissible, par l'adjonction à ces lignes de moyens de correction capables de donner à la ligne corrigée, la courbe de réponse d'un filtre d'un type connu, au moins dans une bande de fréquence.Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte a) l'application en un lieu d'émission sur un point de la ligne d'un
signal à très large bande passante; b) la détermination de la bande passante de la ligne de transmission
seule par analyse du signal reçu, en un lieu de réception sur la
ligne, distant du lieu d'émission; c) la connexion à la ligne au lieu de réception, d'un ensemble de
filtrage comportant un filtre passe-bande ou plusieurs filtres
passe-bande dont les bandes de fréquence respectives sont
complémentaires les unes des autres, les fréquences de coupure de
chacun des filtres étant ajustables séparément; d) la sélection d'un filtre ou d'une combinaison de filtres
passe-bande dudit ensemble de façon que la largeur de la bande
passante de la ligne corrigée par le filtre ou la combinaison des
filtres sélectionnés, soit supérieure ou égale à une valeur
minimale (fixée par exemple par une courbe gabarit); e) la réalisation d'au moins une première phase d'optimisation de la
ligne corrigée, comportant
- l'ajustement de la fréquence de coupure d'un premier des filtres
sélectionnés de façon que, pour au moins une fréquence dans la
bande passante de ce premier filtre, la bande passante de la
ligne corrigée corresponde à celle qu'introduirait un filtre de
référence remplaçant la ligne de transmission en série avec ledit
premier filtre;
- la répétition de l'étape précédente pour d'autres filtres
sélectionnés de façon que pour au moins une fréquence dans leurs
bandes de fréquence respectives, la bande passante de la ligne
corrigée corresponde à celle du filtre de référence; et f) la répétition éventuelle de ladite première phase de façon à ce que
l'écart entre la bande passante de la ligne corrigée et celle du
filtre de référence soit inférieur à une valeur fixée.

Suivant un mode de mise en oeuvre, la méthode comporte pour un certain type de ligne de transmission, l'application à la ligne de transmission d'une correction standard obtenue par une présélection de filtres passe-bande dudit ensemble avec des valeurs de fréquence de coupure préétablies de façon que l'écart initial entre la bande passante de la ligne pourvue de la correction standard et celle du filtre de référence, soit au plus égal à une valeur d'écart présélectionnée.

Suivant un autre mode de mise en oeuvre, L'étape de sélection d'un filtre ou d'une combinaison de filtres passe-bande est effectuée pour que la largeur de la bande passante de la ligne corrigée soit intermédiaire entre une valeur minimale et une valeur maximale, valeurs fixées par exemple au moyen de deux courbes gabarit.

Par une conduite séquentielle d'opérations de sélection de filtres et de réglage de leurs fréquences de coupure respectives, que l'on réalise de préférence par un processus automatisé, on peut arriver rapidement à élargir notablement la bande passante d'une ligne aux performances limitées et donc la rendre apte à transmettre des débits d'information élevés néccessaires pour de nombreuses applications de transfert à distance de données de mesure.

Le dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - un générateur adapté à appliquer à la ligne de transmission en un
lieu d'émission, un signal à très large bande passante, - un ensemble de filtres passe-bande dont les bandes de fréquence
respectives sont complémentaires les unes des autres, chacun d'eux
étant pourvu de moyens de réglage permettant l'ajustement de sa
fréquence de coupure; - des moyens de commutation permettant la connexion sélective en série
avec la ligne de transmission de un ou plusieurs filtres dudit
ensemble; et - un ensemble de pilotage pour la détermination de la bande passante
de la ligne de transmission seule et associée à des filtres de
l'ensemble de filtrage en un lieu de réception sur la ligne, distant
du lieu d'émission par analyse du signal reçu, ledit ensemble de
pilotage étant adapté à contrôler les moyens de commutation et les
moyens de réglage pour réduire progressivement ledit écart entre la
bande passante de la ligne corrigée et celle du filtre de référence.

L'ensemble de pilotage comporte par exemple un convertisseur analogique-numérique pour transformer les signaux issus de l'ensemble de filtrage en échantillons numérisés, des moyens de commande pour produire des signaux de commande des moyens de commutation et des moyens de réglage et un calculateur programmé tel qu'un micro-ordinateur pour réaliser en séquence les étapes d'au moins une des phases de la méthode, de manière à réduire ledit écart à la valeur fixée.

Le calculateur est adapté par exemple à déterminer la bande passante de la ligne et des filtres associés à partir des échantillons numérisés délivrés par ledit convertisseur.

D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation décrits à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés où - la Fig.1 montre un un exemple d'utilisation d'un câble de puits dont
les performances peuvent être améliorées par la mise en oeuvre de
l'invention; - la Fig.2 montre un schéma général du dispositif selon l'invention; - la Fig.3 montre la disposition relatives des courbes de bande
passante d'une ligne et de courbes rectifiées obtenues par action du
dispositif; et - la Fig.4 montre un schéma plus détaillé de la partie du dispositif
réalisant la correction automatique de la ligne de transmission.

Le dispositif selon l'invention permet de sélectionner automatiquement des filtres correcteurs à connecter en série avec une ligne de transmission pour que la bande passante résultante soit sensiblement celle d'un filtre de référence, de façon à améliorer dans de larges proportions le débit d'information susceptible d'être transmis sur la ligne entre un deux ensembles d'émission et/ou de réception disposés aux deux extrémités opposées de cette Ligne. Une telle ligne est par exemple incluse dans un câble multi-fonctions 1 d'un type courant (Fig.1) reliant un équipement de puits 2 constitué d'une ou plusieurs sondes de mesure renfermant par exemple des appareils d'acquisition de signaux, à une station 3 de commande et d'enregistrement en surface. La longueur du câble déployé dépend de la profondeur où l'équipement de mesure est descendu dans le puits.En fonction de cette longueur et de la dispersion des caractéristiques techniques propres au câble employé, la bande passante et l'atténuation sont susceptibles de varier. Avant toute transmission à un débit élevé, on doit procéder à une première étape d'analyse et de correction des lignes du câble mis en place qui est réalisé par le dispositif représenté aux Fig.2 et 4.

Un premier commutateur 4 permet de connecter à une première extrémité d'une ligne de transmission 5 à tester, soit d'un premier ensemble de transmission 6 qui peut être par exemple un ensemble d'acquisition de signaux dans un puits, soit un générateur de signaux à très large bande 7 tel qu'un générateur de bruit blanc, l'ensemble 6 et le générateur 7 étant tous les deux dans un corps de sonde. Les signaux sélectionnés par le commutateur 4 sont appliqués à la ligne par l'intermédiaire d'un émetteur spécialisé 8. Les signaux transmis sont reçus à l'autre extrémité de la ligne par un récepteur adapté 9 puis appliqués par l'intermédiaire d'un second commutateur 10, soit à un ensemble de réception 11 tel qu'un ensemble de commande et d'enregistrement de signaux, soit à un ensemble de pilotage 12 propre à conduire des tests et des corrections qui va être décrit ci-après.

L'ensemble de pilotage 12 comporte (Fig.4) des moyens de filtrage passe-haut 13 appliquant une correction standard minimale convenant pour toutes les lignes à corriger quelles que soient les applications envisagées. En série avec les moyens de filtrage 13, on dispose plusieurs filtres passe-bande 14A, 14B ... 14N dont les bandes passantes dfî, df2, ... dfN sont sensiblement adjacentes et recouvrent toute la partie du spectre de fréquence où la ligne nécessite une correction. Des commutateurs 15A, 15B, ... 15N permettent de court-circuiter à volonté un ou plusieurs filtres de la channe de filtres. Les filtres 15A, ... 15N comportent chacun une entrée pour
L'application d'un signal de commande respectivement Afî, AfZ,
AfN, permettant de modifier leur fréquence de coupure basse à 3 dB.Un filtre passe-bas 16 est utilisé pour limiter supérieurement la bande de fréquence d'intervention des filtres de la chaise.

Dans la pratique, on peut arriver à obtenir l'optimisation recherchée avec seulement trois filtres passe-haut 14A, 148, 14C, la bande de fréquence à corriger étant divisée en trois bandes dF1, dF2, dF3 comme le montre l'exemple de la Fig.4.

Le signal analogique issu du filtre 16 est échantillonné et numérisé par un convertisseur analogique-numérique 17. Les mots numériques successivement produits, sont stockés dans la mémoire d'un micro-ordinateur 18 pourvu d'une console 19 permettant l'entrée d'instructions par un opérateur, ainsi que d'un écran de visualisation 20. Le micro-ordinateur est programmé pour effectuer une transformée de Fourier sur les mots numériques stockés (FFT) et ensuite pour effectuer un cycle automatique de corrections propres à conformer par action des filtres 14, la courbe de réponse de la ligne à celle d'un filtre de référence BPR. Comme référence, on choisit pour des raisons pratiques, de préférence un filtre de Bessel. Un ensemble de contrôle 21 sur une carte d'extension du micro-ordinateur 18 par exemple, est utilisé comme interface pour transmettre aux commutateurs 15A à 15N les signaux de commande CA, CB, ..., CN permettant leur connexion sélective dans la channe traversée par les signaux reçus, et aussi pour engendrer les signaux Af1 à AfN capables de modifier les fréquences de coupure des filtres 14 sélectionnés.

On se fixe au préalable au moins une courbe gabarit BPG1 définissant la bande passante minimale que l'on doit donner à la ligne par l'adjonction des cellules de filtrage 14. De préférence, on encadre la courbe de bande passante à obtenir entre deux courbes gabarit BPG1, BPG2 définissant respectivement les bandes passantes minimale et maximale que doit avoir dans un premier temps la ligne corrigée.

Le cycle commandé automatiquement par le micro-ordinateur 18 dans L'exécution d'un programme de test et de sélection, comporte dans un premier temps une détermination de la bande passante de la ligne 5 seule. A cet effet, le calculateur 18 commande le commutateur 10 (Fig.2), de façon à transmettre sur la ligne, un ordre de connexion sur celle-ci du générateur de bruit blanc 7. Le calculateur 18 commande aussi la commutation des commutateurs 15A à 15N de façon à court-circuiter toutes les cellules de filtrage 14. Les signaux reçus sont ainsi directement appliqués au filtre 16, convertis en échantillons numérisés, à partir desquels, le calculateur 18 déduit la bande passante de la ligne par une transformée de Fourier (FFT) comme on l'a vu.

La bande passante initiale étant déterminée, on procède alors à une sélection parmi les cellules de filtrage 14 de la chaîne, de celles qui sont susceptibles de transformer la courbe de réponse
BPL de la ligne seule en une courbe corrigée BPLF au-dessus de la courbe gabarit BPG1 ou entre les deux courbes BPG1, BPG2 selon le cas.

Ce dépassement de la courbe gabarit BPG1 est obtenu dans l'exemple de la Fig.4, en connectant en série avec la ligne un ou deux ou trois parmi les filtres 14A, 14B, 14C. A chaque inclusion nouvelle d'un filtre dans la chaîne, on réalise une nouvelle numérisation, un nouveau calcul de bande passante suivie d'une nouvelle comparaison avec la courbe gabarit BPG.

Cette condition minimale de dépassement de la courbe gabarit BPLG1 ou d'encadrement entre les deux courbes BPLG1, BPLG2 (Fig. 4) étant obtenue, on passe à une première étape de réglage en jouant sur les fréquences de coupures basses respectives des différents filtres 14 inclus dans la chaîne au cours de l'étape précédente. Si, dans une première bande telle que dF1, la courbe BPLF est au-dessus de la courbe de référence BPR, on augmente la fréquence de coupure basse du filtre 14A pour ramener l'écart sensiblement à zéro en au moins une fréquence de la bande. Si au contraire, la courbe
BPLF est en dessous de la courbe de référence, on abaisse cette même fréquence de coupure pour obtenir le même résultat.

On recommence la même opération pour chacune des bandes de fréquence des filtres intervenant effectivement dans la correction de la ligne.

La coincidence entre la courbe BPLF et la courbe PBPR ayant été obtenue pour au moins une fréquence dans chacune des bandes dF1 à dFn, le micro-ordinateur 18 déclenche une deuxième série de réglages d'affinement. A cet effet, il commande la formation de signaux Af1 à
Afn, propres à modifier de façon déterminée les réglages précédents des fréquences de coupure des différents filtres concernés, dans un sens tel que l'écart entre les deux courbes diminue dans chacune des bandes.

Si l'écart entre les deux courbes reste supérieur à un seuil déterminé, le micro-ordinateur commande l'exécution de nouveaux réglages et ceci tant que l'écart partout sur toute la bande de fréquence corrigée n'est pas ramené au dessous de la valeur-seuil.

Dans la pratique, on arrive à obtenir une coincidence en tous points entre les deux courbes par un nombre relativement réduit d'itérations. Pour simplifier les opérations d'ajustement à réaliser pour un certain type de câble ou des gammes de longueur convenant dans le cadre d'un certain type d'applications, on peut aussi mémoriser à l'avance des réglages standards s'appliquant tant à une sélection de cellules de filtrage de la chaîne qu'à un choix de leurs fréquences de coupure basse. On applique alors les réglages standards pour que l'écart initial entre la bande passante de la ligne pourvue de la correction standard et celle du filtre de référence, soit au plus égal à une valeur minimale, la durée des opérations nécessaires à l'ajustement étant dans ces cas plus réduite.

Ayant déterminé la sélection de filtres et leurs réglages optimaux, on peut ensuite procéder à une transmission à débit élevé requis dans le cadre d'une application particulière.

Dans de nombreuses applications où l'on réalise des cycles de mesure successifs et où l'intervalle de temps entre deux mesures est largement conditionné par le temps de transmission des données collectées au cours de chacune d'elles, l'augmentation du débit de transmission permis par le dispositif selon l'invention a pour effet de réduire sensiblement le temps nécessaire aux opérations menées.

Dans l'exemple de réalisation qui a été décrit, on a choisi de préférence comme courbe de référence, celle d'un filtre de Bessel car le produit de la bande passante d'un tel filtre par sa vitesse de propagation de groupe est bon et que la correction qu'il faut appliquer à la ligne pour s'y conformer peut être obtenue par une chaîne de filtrage relativement facile à régler.

On ne sortirait toutefois pas du cadre de l'invention en prenant comme courbe de référence celles d'autres filtres de type connu, tels que les filtres gaussiens, des filtres à temps de propagation de groupe quasi constant etc.

Claims

REVENDICATIONS

1) Méthode pour la correction automatique d'une ligne de transmission (5), de manière à accroître le débit de signaux transmissibles sur cette ligne sans augmentation d'un taux d'erreurs admissible, par l'adjonction à ladite ligne de moyens de correction (14A-14N) capables de donner à la ligne corrigée, la courbe de réponse d'un filtre de référence, au moins dans une bande de fréquence, caractérisée en ce qu'elle comporte a) l'application en un lieu d'émission sur un point de la ligne d'un

signal à très large bande passante; b) la détermination de la bande passante (BPL) de la ligne de

transmission seule par analyse du signal reçu en un lieu de

réception sur la ligne, distant du lieu d'émission ; c) la connexion à la ligne au lieu de réception, d'un ensemble de

filtrage comportant un filtre passe-bande ou plusieurs filtres

passe-bande (14d-14N) dont les bandes de fréquence respectives

(dF1, dF2, ... dFN) sont complémentaires les unes des autres, les

fréquences de coupure (FC1-FCN) de chacun des filtres étant

ajustables séparément; d) la sélection d'un filtre ou d'une combinaison de filtres

passe-bande dudit ensemble de façon que la largeur de la bande

passante de la ligne corrigée par le filtre ou la combinaison de

filtres sélectionnés soit supérieure ou égale à une valeur minimale

déterminée; e) la réalisation d'une première phase d'optimisation de la ligne

corrigée, comportant

- l'ajustement de la fréquence de coupure (FCl) d'un premier des

filtres sélectionnés de façon que, pour au moins une fréquence

dans La bande passante de ce premier filtre, La bande passante de

la ligne corrigée corresponde à celle qu'introduirait ledit

filtre de référence;

- la répétition de l'étape précédente pour d'autres filtres

sélectionnés de façon que pour au moins une fréquence dans leurs

bandes de fréquence respectives, la bande passante de la ligne

corrigée corresponde à celle du filtre de référence; et f) la répétition de ladite première phase de façon à ce que l'écart

entre la bande passante de la ligne corrigée et celle du filtre de

référence soit inférieur à une valeur fixée.

2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte pour un certain type de ligne de transmission, l'application à la ligne de transmission d'une correction standard obtenue par une présélection de filtres passe-bande dudit ensemble avec des valeurs de fréquence de coupure préétablies de façon que

L'écart initial entre la bande passante de la ligne pourvue de la correction standard et celle du filtre de référence, soit au plus égal à une valeur d'écart présélectionnée.

3) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on effectue ladite sélection d'un filtre ou d'une combinaison de filtres passe-bande dudit ensemble de façon que la largeur de la bande passante de la ligne corrigée par le filtre ou la combinaison de filtres sélectionnés soit intermédiaire entre une valeur minimale et une valeur maximale.

4) Dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - un générateur (7) adapté à appliquer à la ligne de transmission (5)

en un lieu d'émission, un signal à très large bande passante, - un ensemble de filtrage comportant filtres passe-bande (14A-14N)

dont les bandes de fréquence respectives (dF1, dF2, ... dFN) sont

complémentaires les unes des autres, chacun d'eux étant pourvus de

moyens de réglage permettant l'ajustement de sa fréquence de coupure

(FC1-FCN); - des moyens de commutation (1 5A-1 5N) permettant la connexion

sélective en série avec la ligne de transmission de un ou plusieurs

filtres dudit ensemble de filtrage; et - un ensemble de pilotage (12) pour la détermination de la bande

passante de la ligne de transmission seule et associée à des filtres

de L'ensemble de filtrage en un lieu de réception sur la ligne,

distant du lieu d'émission par analyse du signal reçu, ledit

ensemble de pilotage étant adapté à contrôler les moyens de

commutation et les moyens de réglage pour réduire progressivement

ledit écart entre la bande passante de la ligne corrigée et celle du

filtre de référence.

5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ensemble de pilotage (12) comporte un convertisseur analogique-numérique (17) pour transformer les signaux issus de l'ensemble de filtrage en échantillons numérisés, un calculateur programmable (18-20) pour la détermination de la bande passante de la ligne seule et de la ligne associées avec des filtres de l'ensemble de filtrage, et des moyens de commande (21) associés au calculateur pour produire des signaux de commande des moyens de commutation et des moyens de réglage.

6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le calculateur (18-20) est adapté à déterminer la bande passante de la ligne (5) et des filtres (14A - 14N) associés à partir des échantillons numérisés délivrés par ledit convertisseur (17).